Сотрудниками Курчатовского геномного центра – ПИЯФ впервые в мире разработан биокатализатор, который может заменить неэкологичные химические методы разложения ксантана. Результаты исследований опубликованы в журнале Catalysts:
Ксантан — микробный полисахарид, продукт метаболизма бактерии Xanthomonas сampestris. Это один из самых эффективных и популярных загустителей; ксантан и его производные широко используются во многих отраслях промышленности, в том числе пищевой, фармацевтической, косметической.
Большой объем ксантана применяется при добыче нефти. Он используется в качестве структурообразователя буровых растворов: повышает их вязкость и препятствует разрушению скважины. Однако после окончания работ остро встает вопрос утилизации отработанного бурового раствора (шлама). В настоящее время этот шлам можно использовать в качестве дорожно-строительного материала (однако это неэффективно) или захоранивать (что неэкологично).
Еще один вариант утилизации ксантана — деполимеризация (разложение). Но химические методы, которые для этого используются, требуют применения сильных кислот и высоких температур. Поэтому ученые ищут более эффективные и безопасные для окружающей среды способы. Тем более что есть еще одна задача, для которой важна деструкция ксантана, а именно получение ксантоолигосахаридов — коротких фрагментов его полимерной цепи. По данным последних исследований, они демонстрируют антибактериальный эффект и антиоксидантную активность.
Сотрудники Курчатовского геномного центра – ПИЯФ применили для разложения ксантана новый биокатализатор на основе специально отобранных микроорганизмов.
"Разработанный нами биокатализатор представляет собой небольшие цилиндры из поливинилового спирта (ПВС), куда заключены целые живые клетки бактерий, тщательно отобранных и идентифицированных в ходе скрининга, — рассказала Анна Кульминская, руководитель Курчатовского геномного центра – ПИЯФ. — Цилиндр опускается в вязкий раствор ксантана, который через некоторое время становится жидким: за счет специальных ферментов, которые производят бактерии, происходит деполимеризация ксантановой камеди. Этот цилиндр можно использовать не менее 40 раз: активность бактерий от цикла к циклу не меняется, а сама матрица ПВС практически не разрушается".
У метода, разработанного учеными Курчатовского геномного центра – ПИЯФ, несколько преимуществ. Во-первых, после каждого цикла достаточно просто перенести биокатализатор в новую порцию раствора ксантана, не инактивируя его и не добавляя новых порций клеток или ферментов. Во-вторых, условия деполимеризации намного мягче по сравнению с химическими методами: реакция протекает при комнатной температуре и нейтральном значении pH (6,5–7,0).
Кроме того, срок хранения и использования биокатализатора существенно выше по сравнению с тем, что имеют свободные бактерии, а гибкость матрицы из ПВС позволяет придавать ему удобные для пользователя формы.
Ученые планируют дальнейшие испытания биокатализатора — на реальных образцах шламов и в природных условиях.
